Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ РЕГИОНАЛЬНЫХ ПРОГРАММ РАЗВИТИЯ И ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ (ЭММ) ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ (ТЭК) НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАДИЦИОННЫХ И АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

Жуков А.В. 1, 2 Кусраева Д.Э. 1 Жукова Ю.А. 1, 2 Звонарев М.И. 1 Шмелев А.А. 1
1 Дальневосточный федеральный университет
2 ООО НПК «Примор-Карбид»
Рассмотрены научно-методические принципы, проблемы и специфика регионов Дальнего Востока, требующие разработки новых и совершенствования существующих методов планирования и управления экономикой регионов на основе использования нелинейных экономико-математических моделей (ЭММ). Представлены основные экономико-математические модели, методы оптимизации и динамические задачи размещения предприятий ТЭК. Также рассмотрены: производственно-транспортная задача оптимального размещения промышленного производства традиционных и альтернативных энергоносителей (задача размещения предприятий с ограниченными объемами производства); задача оптимального размещения предприятий совместно со связующими их коммуникациями. Раскрыты перспективы создания в Дальневосточном федеральном округе горно-химического предприятия на основе ресурсо- и энергосберегающих технологий с получением продукции топливного и нетопливного назначения. Реализация региональных программ развития и экономико-математических моделей позволяет комплексно определять и оптимизировать параметры проектирования и размещения топливно-энергетических комплексов.
разработка
региональные программы
развитие
размещение
эффективность
топливно-энергетические комплексы
энергоносители
экономико-математические модели
методы оптимизации
производственно-транспортные задачи
оптимальное
предприятия
коммуникации
1. Жуков А.В. Планирование, организация и экономика горного и промышленного производства: учеб. пособие / А.В. Жуков, В.Ф. Шаповалов: Дальневосточный гос. техн. ун-т. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. – С. 167–173.
2. Жуков А.В., Жукова Ю.А. Перспективы строительства в Дальневосточном федеральном округе горно-химического предприятия на основе ресурсо- и энергосберегающих технологий переработки углекарбонатного минерального сырья с получением синтетических газообразных и жидких энергоносителей и продукции нетопливного назначения // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9 (часть 1). – С. 13–17.
3. Жуков А.В., Пилюгин В.Н. Принципы разработки региональной программы развития природно-хозяйственных систем и экономико-математических моделей размещения топливно-энергетических территориально-производственных комплексов // Экономика и менеджмент / под ред. В.А. Рудецкого. – Находка: НИЭИ, 2004. – С. 59–66.
4. Жуков А.В., Пилюгин В.Н. Экономико-экологическое обоснование приоритетных направлений развития природно-ресурсного и производственного потенциала Камчатской области / под ред. В.А. Рудецкого. – Находка: НИЭИ, 2004. – С. 46–50.
5. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. – М.: Наука, 1982.
6. Основные методические положения оптимизации развития и размещения производства / под ред. А.Г. Аганбегяна, Н.П. Федоренко. – М.: Наука, 1978.
7. Сорокин А.П., Авдейко Г.П., Алексеев А.В., Бакланов П.Я., Жуков А.В., Подолян В.И. и др. Стратегия развития топливно-энергетического потенциала Дальневосточного экономического района до 2020 года / под ред. чл.-корр. РАН А.П. Сорокина. – Владивосток: Дальнаука, 2001. – 112 с.
8. Хачатуров В.Р. Математические методы регионального программирования. – М.: Наука, 1989.
9. Хачатуров В.Р. Модели и методы решения многоэкстремальных задач размещения с использованием свойств супермодулярных функций, заданных на булевых решетках // Алгоритм и алгоритмические языки. Пакеты прикладных программ. Функциональное наполнение. – М.: Наука, 1986.
10. Черенин В.П., Хачатуров В.Р. Решение методом последовательных расчетов одного класса задач о размещении производства // Экономика и математические методы. – 1965. – Т. 4. – Вып. 2.

Основой региональной политики является учет специфики регионов в общероссийской структуре, перенос основных направлений экономических реформ на региональный уровень, решение проблем охраны природы и рационального использования природных ресурсов. В то же время необходимы меры по пространственной интеграции экономики России, проведению жесткой федеральной налоговой политики, укреплению общероссийского рынка наряду с развитием региональных рынков. Для отдельных регионов необходима разработка социальных государственных региональных программ и финансирование из государственного бюджета. В первую очередь это относится к регионам с уникальными природными ресурсами, освоение которых не под силу органам местного самоуправления, а также к регионам наиболее экономически отсталым и регионам с экстремальными экологическими условиями.

Вместе с тем современные проблемы регионального развития Дальнего Востока требуют разработки новых и усовершенствования имеющихся методов планирования и управления экономикой регионов. Эти методы должны учитывать специфику регионов, развитие которых опирается, прежде всего, на рациональное использование собственных топливно-энергетических, промышленных и природных ресурсов.

В региональной программе должна быть увязана деятельность нескольких отраслей, а также вопросы, связанные с развитием инфраструктуры, транспорта, с рациональным использованием природных, материальных и трудовых ресурсов, с охраной окружающей среды.

Начиная с шестидесятых годов ХХ века для формализованного описания процесса комплексного освоения территорий стали использоваться нелинейные экономико-математические модели [1, 5–10].

Основными проблемами, возникающими в процессе решения этих задач, являются следующие:

– многоэкстремальность и многокритериальность;

– взаимовлияние различных факторов, имеющее нелинейный характер;

– неопределенность исходной информации;

– неформализуемость описания процесса освоения природных ресурсов;

– необходимость динамического проектирования.

За последние 40–50 лет разработан достаточно мощный арсенал методов оптимизации и оптимального управления, с помощью которых оказалось возможным решение различных новых задач. К ним относятся апроксимационно-комбинаторный метод декомпозиции и композиции систем. Он позволяет математически обоснованно осуществлять декомпозицию сложной задачи проектирования (планирования) схем комплексного освоения территорий на совокупность более простых частных задач с последующим синтезом комплексного проекта. Этот метод позволяет выполнить реальные проекты региональных программ при условии многокритериальности и некорректности, при этом обоснованно используются методы имитации и оптимизации.

Для слабо развитых или новых территорий основными задачами становятся следующие:

– определение мест строительства и динамики развития мощностей новых предприятий;

– проектирование динамики развития и реконструкции существующих предприятий различных отраслей;

– расчет структуры пропускных способностей и динамики развития систем транспортных коммуникаций;

– формирование системы расселения населения.

Для таких территорий могут быть использованы балансовые методы для определения объемов потребления и выпуска продукции внутри региона и для определения объемов ввоза продукции в район и вывоза ее из района. Для ориентировочной оценки затрат ресурсов и материально-технических средств, необходимых для освоения района, могут быть использованы методы нелинейного программирования. Однако эти методы не смогли дать удовлетворительного результата при разработке схем и программ комплексного освоения территорий, т.к. последние плохо описываются с помощью линейных моделей. В региональной экономике большое внимание уделяется изучению новых форм размещения производительных сил, одной из которых является народнохозяйственный (территориально-производственный) комплекс, представляющий собой сочетание предприятий и сооружений отраслей специализации, производственной и социальной инфраструктуры, расположенный на большой территории хозяйственного освоения.

В данной статье основное внимание уделяется оптимизации параметров проектирования и размещения топливно-энергетических производственных комплексов (ТЭК) Сахалинской области и Камчатского края. Территории, проектирование освоения которых производится на основе вышеприведенной генеральной схемы, характеризуются следующими основными свойствами [3, 4]:

– на территории имеются природные ресурсы в таких объемах и такой значимости, что их освоение является крупной проблемой развития экономики региона;

– границы проектируемой территории определяются ее географическим расположением, расположением осваиваемых природных ресурсов, административно-территориальным делением и экономическими оценками;

– освоение ресурсов территории представляет длительный процесс, требующий увязки во времени программ развития различных отраслей;

– различные отрасли, участвующие в освоении территорий, должны развиваться на базе единой инфраструктуры и совместного использования ресурсов;

– рассматриваемый объект с точек зрения территориальной и производственно-экономической может иметь иерархическую структуру.

Проектирование генеральных схем освоения территории должно основываться на комплексном географо-экологическом, горногеологическом и экономическом анализе природных условий, сложившихся в рассматриваемом регионе к началу проектирования. Такому анализу подвергаются следующие основные элементы окружающей среды и минеральных ресурсов:

– рельеф, почвы, растительность, атмосфера, воды, промышленность, транспорт, сельское хозяйство, трудовые ресурсы;

– минеральные ресурсы, степень разведанности их запасов, разведанные и прогнозируемые объемы, экологические ограничения;

– социально-экономическая характеристика региона, развитие энергетической и транспортной систем, производственной деятельности.

Разработанные математические основы и принципы построения диалоговых систем позволяют составлять экономико-математические модели и решать задачи, встречающиеся при выполнении проектов комплексного освоения топливно-энергетических ресурсов региона [2, 7, 8].

Основные экономико-математические модели и методы оптимизации; динамические задачи размещения

Введем следующие обозначения J = {1, 2, …, n} – множество начальных технологических комплексов (НТК), места расположения которых считаются заданными; I = {1, 2, …, m} – множество возможных мест размещения промежуточных технологических комплексов (ПТК); Т = {1, 2, …, t} – множество лет планового периода;

gukov01.wmf – стоимость транспортировки в момент времени t ∈ T количества продукции gukov02.wmf, направляемой в этот момент времени j-го НТК (j ∈ J) к i-му ПТК; gukov03.wmf – производительность j-го НТК (j ∈ J) в момент времени t ∈ T; gukov04.wmf, gukov05.wmf, – соответственно нижнее и верхнее ограничения на gukov06.wmf – мощность i-го ПТК; gukov07.wmf – стоимость переработки продукции в момент времени t ∈ T в i-м ПТК (i ∈ I). Рассматриваются функции затрат gukov08.wmf следующего вида:

gukov09.wmf

где gukov10.wmf – затраты на строительство коммуникаций между i-м ПТК и j-м НТК, осуществляемые один раз за период планирования и не зависящие от объема перевозок; gukov11.wmf – затраты на транспортировку единицы продукции; λt – коэффициент дисконтирования в момент времени t ∈ T.

gukov12.wmf

где di – затраты на строительство j-го НТК, осуществляемые один раз за период планирования и не зависящие от объема перерабатываемой продукции, ki – затраты на переработку единицы продукции в i-м ПТК.

Одноэтапные динамические задачи размещения используются при проектировании генеральных схем обустройства технологических систем первого типа. Для технологических схем второго типа и более высоких типов разработаны модели многоэтапных динамических задач размещения.

Обустройство угольных, нефтяных и газовых месторождений занимает основное место в развитии угольной, нефтяной и газовой промышленности региона при создании производственных мощностей по добыче угля, нефти и газа. В определенный период добыча на разрабатываемых месторождениях неизбежно падает.

Для обеспечения необходимого прироста объемов добычи требуется разработка новых месторождений. Обустройство нефтяных месторождений – это процесс создания на территории месторождения смежного комплекса сооружений и коммуникаций (скважины, объекты и сооружения сбора, транспортировки, сепарации, подготовки продукции, скважин для сдачи ее потребителям, автодороги, линии электропередачи и т.д.), который часто осложняется географическими и климатическими особенностями, застроенностью, наличием водных преград, заболоченностью отдельных участков, ценностью земель для сельского и лесного хозяйства, наличием заповедников и особо охраняемых территорий и др. В результате процесс проектирования топливно-энергетических территориально-производственных комплексов становится сложной многоцелевой задачей, направленной на сокращение капитальных вложений, затрат трудовых и материальных ресурсов, достижение высоких технико-экономических показателей [3, 4].

В процессе разработки нефтяных и газовых месторождений необходимо учитывать специфические особенности, определяемые состоянием их изученности.

Производственно-транспортные задачи оптимального размещения предприятий (задача размещения предприятий с ограниченными объемами производства)

Имеется n пунктов с заданными объемами потребления bj > 0 (j ∈ J = {1, 2, …, n}) и m пунктов производства (предприятий) с неизвестными, ограниченными сверху объемами производства xi, xi ≤ ai, ai > 0 (i ∈ I = {1, 2, …, m}).

Для каждого i заданы величины Ti ≥ 0 – постоянные затраты (капитальные вложения), не пропорциональные объему производства xi, необходимые для строительства предприятий. Задана матрица транспортных расходов gukov13.wmf, где cij ≥ 0 – стоимость перевозки единицы продукции из пункта производства i в пункт потребления j.

Необходимо определить такие объемы перевозок xij, чтобы суммарные затраты были минимальны, т.е. требуется найти наименьшее значение функционала

gukov14.wmf (1)

при условиях:

xij ≥ 0, i ∈ I, j ∈ J, (2)

gukov15.wmf (3)

gukov16.wmf (4)

Если все Ti = 0, то задача становится обычной транспортной задачей линейного программирования. В рассматриваемой задаче предполагается, что не все Ti = 0. В этом случае функционал (1) представляет собой разрывную функцию, обладающую большим числом точек минимума над областью (2)–(4).

Предполагается также, что gukov17.wmf для всех i ∈ I или gukov18.wmf не для всех i ∈ I, т.к. в случае gukov19.wmf для всех i ∈ I получается задача размещения с неограниченными объемами производства. Однако необходимо, чтобы суммарный объем потребления gukov20.wmf не превышал сумму верхних границ объемов производства.

Задача оптимального размещения предприятий совместно со связующими их коммуникациями

Имеется множество J = {1, 2, …, n} источников сырья с известными объемами bj > 0. Задано множество пунктов переработки сырья I = {1, 2, …, m} с известными объемами переработки xi (ai ≥ xi ≥ 0).

Для каждого i ∈ I задана функция gi(xi) стоимости переработки сырья:

gi(xi) = {0, если xi = 0; kixi + ti, если xi ≠ 0}.

Переработанное сырье должно быть доставлено к потребителям, расположенным на множестве пунктов Q. Заданы два полных графа возможных коммуникаций, соединяющих источники сырья J с возможными пунктами переработки I = граф u1(J ∪ I) и пункты переработки с пунктами потребления – граф u2(I ∪ Q). На ребрах (j,z) ⊂ u1 и (i,t ⊂ u2) заданы функции rjz(wjz) и pit(yit):

rjz(wjz) = {0, если wjz = 0; djz + ljzwjz, если wjz ≠ 0};

pit(yit) = {0, если yit = 0; vit + uityit, если yit ≠ 0},

где wjz – объем сырья, транспортируемого по ребру (коммуникации) (j, z); yit – объем переработанного сырья, транспортируемого по коммуникации (i, t); djz, vit – стоимость строительства коммуникаций соответственно (j, z) и (i, t).

На основании рассмотренных выше принципов экономико-математического моделирования процессов комплексного освоения природных ресурсов планируется разработка основных положений программы и ЭММ, включающих следующие разделы: функциональное назначение программы и ЭММ; краткую характеристику методов, алгоритмов и критериев планирования и размещения ТЭК; варианты и этапы размещения ТЭК в Дальневосточном регионе [2, 3, 4, 6, 7].

Оптимизация процессов очередности диверсификации угольных и энергетических предприятий, транспортных коммуникаций, определение их производственных потребностей в заданных районах с учетом специфических особенностей состояния и перспектив развития угольного комплекса области производилась с использованием модели оптимального размещения предприятий совместно со связующими их коммуникациями. Выявленные особенности развития нефтегазового комплекса Сахалинской области и, прежде всего, обустройства газовых месторождений позволили сделать вывод о целесообразности применения моделей производственно-транспортной задачи оптимального размещения предприятий с ограниченными объемами производства и динамической задачи обоснования параметров дальнейшего развития нефтегазового комплекса Сахалинской области.

Для того чтобы угольная промышленность могла составить конкуренцию газовому топливу, необходимо решить ряд крупных проблем в области чистых угольных технологий. В России действует федеральная научно-техническая программа «Экологически чистая энергетика». В программе рассматриваются основные направления работ и перечислены объекты, на которых они должны проводиться. Особое внимание уделено сжиганию различных углей в котлах с циркулирующим кипящим слоем, газификации и сжиганию твердого топлива в жидком теплоносителе – шлаковом расплаве; энерготехнологическому использованию углей в первую очередь с высоким выходом летучих веществ.

Сегодня становится актуальным применение водородной энергетики при производстве жидких топлив из угля продуктов органического синтеза. В этом случае водорода требуется немного (2,3 % мас.), что приводит к приемлемым капитальным затратам, при этом продукты переработки угля легко хранить, накапливать и транспортировать. Таким образом, в перспективе должна развиваться не водородная, а углеводородная энерготехнология, основу которой составляет гидроквалификация углеводородного сырья.

В настоящее время начата разработка «Долгосрочной Программы развития угольной промышленности России на период до 2030 года». Основанием для разработки Программы является протокол совещания у Председателя Правительства РФ В.В. Путина от 24 июня 2010 г. № ВП-П9-35пр (г. Новокузнецк), протокол заседания Комиссии при Президенте РФ по вопросам стратегии развития топливно-энергетического комплекса и экологической безопасности от 26 августа 2013 г. № А60-26-569 и другие документы.

Ответственным исполнителем Программы является Министерство энергетики РФ. В числе соисполнителей Программы Министерство природных ресурсов и экологии РФ, а также Министерство образования и науки РФ, Министерство РФ по развитию Дальнего Востока. Основными подпрограммами, на наш взгляд, являются:

– «Развитие сырьевой базы угольной промышленности и рациональное недропользование»;

– «Развитие производственного потенциала угольной промышленности на основе ее модернизации, завершения реструктуризации, создания новых центров угледобычи».

В этом пункте нами предлагается следующее дополнение: «Выбор и технико-экономическое обоснование приоритетных направлений развития, размещения и диверсификации действующих и вновь проектируемых предприятий топливно-энергетического комплекса, в первую очередь Дальневосточного федерального округа Российской Федерации» за счет совершенствования и выработки новых технических и технологических решений на основе проводимых НИР и ОКР, патентных наработок при добыче, переработке и комплексном использовании угольного минерального сырья.


Библиографическая ссылка

Жуков А.В., Кусраева Д.Э., Жукова Ю.А., Звонарев М.И., Шмелев А.А. ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ РЕГИОНАЛЬНЫХ ПРОГРАММ РАЗВИТИЯ И ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ (ЭММ) ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ (ТЭК) НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАДИЦИОННЫХ И АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 4-3. – С. 573-578;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40218 (дата обращения: 20.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074